La soldadura es el proceso de obtención de uniones permanentes mediante el establecimiento de enlaces interatómicos entre las piezas a soldar durante su calentamiento local o general, deformación plástica o la acción combinada de ambos [1] . Un especialista en trabajos de soldadura se llama soldador .
Una conexión permanente realizada mediante soldadura se denomina unión soldada [1] . En la mayoría de los casos, las piezas metálicas se conectan mediante soldadura. Sin embargo, la soldadura también se usa para no metales: plásticos , cerámica o una combinación de los mismos.
En la soldadura se utilizan diversas fuentes de energía: arco eléctrico , corriente eléctrica , llama de gas , radiación láser , haz de electrones , fricción , ultrasonido . El desarrollo de tecnologías ahora permite realizar soldaduras no solo en las condiciones de las empresas industriales, sino también en condiciones de campo e instalación (en la estepa, en el campo, en alta mar, etc.), bajo el agua e incluso en espacio. El proceso de soldadura está asociado con un riesgo de incendio ; descarga eléctrica ; envenenamiento con gases nocivos; lesiones de los ojos y otras partes del cuerpo por radiación térmica, ultravioleta , infrarroja y salpicaduras de metal fundido.
La soldadura es posible bajo las siguientes condiciones:
Los primeros métodos de soldadura surgieron en los orígenes de la civilización, con el comienzo del uso y procesamiento de metales. La fabricación de productos metálicos estaba muy extendida en los lugares de ocurrencia de minerales de hierro y minerales de metales no ferrosos.
El primer proceso de soldadura fue la soldadura por forja . La necesidad de reparación, el lanzamiento de productos más avanzados llevó a la necesidad de desarrollar y mejorar los procesos metalúrgicos y de soldadura.
La soldadura, usando electricidad para calentar metal, comenzó con el descubrimiento de la electricidad, el arco eléctrico .
En 1802, el científico ruso Vasily Petrov descubrió el fenómeno del arco eléctrico y publicó información sobre los experimentos realizados con el arco.
En 1882, Nikola Tesla inventó un método para producir corriente alterna [2] .
En 1881-1882, los inventores N. N. Benardos y N. G. Slavyanov , trabajando de forma independiente, desarrollaron un método para unir piezas metálicas mediante soldadura.
En 1905, el científico ruso V. F. Mitkevich propuso utilizar un arco eléctrico excitado por una corriente trifásica para soldar.
En 1919, Jonathan Holslag inventó la soldadura CA [ 2 ] [ 3] .
En el siglo XIX, los científicos Elihu Thomson , Edmund Davy y otros mejoraron los procesos de soldadura.En la URSS en el siglo XX, E. O. Paton , B. E. Paton , G. A. Nikolaev se dedicaron a la tecnología de soldadura . Los científicos soviéticos fueron los primeros en estudiar los métodos y características de la soldadura en gravedad cero y aplicar la soldadura en el espacio. La primera soldadura del mundo en un vacío profundo en el espacio se llevó a cabo el 16 de octubre de 1969 en la nave espacial Soyuz-6 por los cosmonautas Georgy Stepanovich Shonin y Valery Nikolaevich Kubasov .
Desde finales de la década de 1960, los robots de soldadura comenzaron a utilizarse en la industria . A principios del siglo XXI, la robotización de las operaciones de soldadura se ha generalizado mucho [4] [5] .
En Rusia, los problemas de soldadura y la formación de especialistas en soldadura los llevan a cabo institutos educativos: MSTU im. N. E. Bauman (Departamento de Tecnología de Soldadura y Diagnóstico), MGIU (Departamento de Equipos y Tecnología de Producción de Soldadura), DSTU (RISHM) (Departamento de Máquinas y Automatización de Producción de Soldadura), UPI , CHIMESH , LGAU , entre otros. Se publica literatura científica y revistas sobre soldadura [6] .
Actualmente, existen más de 150 tipos y métodos de procesos de soldadura. Hay varias clasificaciones de estos procesos [8] .
Entonces, GOST 19521-74 prevé la clasificación de la soldadura de metales según los principales grupos de características: físicas, técnicas y tecnológicas.
El principal signo físico de la soldadura es la forma y el tipo de energía utilizada para obtener una unión soldada. La forma de energía determina la clase de soldadura y su tipo determina el tipo de soldadura. Hay tres clases de soldadura [~ 1] :
Las características técnicas incluyen: un método de protección del metal en la zona de soldadura, la continuidad del proceso, el grado de su mecanización.
Se establece una clasificación según características tecnológicas para cada tipo de soldadura por separado (por tipo de electrodo , tipo de corriente de soldadura, etc.).
El arco eléctrico utilizado para soldar metales se llama arco de soldadura.
Para alimentar el arco de soldadura, se pueden utilizar tipos de corriente eléctrica alterna , directa y pulsante . Cuando se suelda con corriente alterna, debido a un cambio en la dirección de su flujo, cada uno de los electrodos es alternativamente un ánodo y un cátodo. Al soldar con corriente continua y pulsante, se distinguen la polaridad directa e inversa. Con polaridad directa, las piezas a soldar se conectan al polo positivo de la fuente de alimentación ( ánodo ), y el electrodo al negativo ( cátodo ); con polaridad inversa, por el contrario, un electrodo está conectado al polo positivo y las partes al negativo. El uso de uno u otro tipo de corriente determina las características del proceso de soldadura. Entonces, un arco de corriente alterna se apaga cada vez que la corriente pasa por cero. El uso de una u otra polaridad cambia el equilibrio térmico del arco (con polaridad directa, se genera más calor en el producto, con polaridad inversa, en el electrodo, ver más abajo). Cuando se usa una corriente pulsante cambiando sus parámetros (frecuencia y duración de los pulsos), es posible controlar la transferencia de metal fundido del electrodo al producto hasta gotas individuales.
El espacio entre los electrodos se denomina espacio de arco.
En condiciones normales, los gases no tienen conductividad eléctrica. El paso de una corriente eléctrica a través de un gas sólo es posible si hay partículas cargadas en él: electrones e iones . El proceso de formación de partículas cargadas se llama ionización , y el gas mismo se llama ionizado. El arco que arde entre el electrodo y el objeto de soldadura es un arco directo. Tal arco generalmente se denomina arco libre (a diferencia de un arco comprimido , cuya sección transversal se reduce a la fuerza debido a la boquilla del quemador, el flujo de gas y el campo electromagnético). La excitación del arco se produce de la siguiente manera. En caso de cortocircuito, el electrodo y la pieza de trabajo en los puntos de contacto calientan sus superficies. Cuando los electrodos se abren desde la superficie calentada del cátodo, se emiten electrones: emisión de electrones. También existe el encendido sin contacto del arco mediante un oscilador-estabilizador del arco de soldadura (OSSD). El oscilador de soldadura es un generador de chispas que proporciona corriente de alto voltaje ( 3000 - 6000 V ) y frecuencia ( 150 - 250 kHz ). El oscilador de soldadura, al marcar la distancia entre el electrodo y la pieza de trabajo, ioniza el gas en el que se enciende el arco de trabajo. Tal corriente no representa un gran peligro para el soldador.
A lo largo del espacio del arco, el arco se divide en tres regiones: cátodo, ánodo y columna de arco. La región del cátodo incluye la superficie calentada del cátodo (punto del cátodo). La temperatura del punto del cátodo en los electrodos de acero es de 2400 a 2700 °C. La región del ánodo consta de un punto de ánodo. Tiene aproximadamente la misma temperatura que el cátodo, pero como resultado del bombardeo de electrones, se libera más calor que el cátodo. La columna de arco ocupa la mayor parte del espacio de arco entre el cátodo y el ánodo. El principal proceso de formación de partículas cargadas aquí es la ionización de gases. Este proceso ocurre como resultado de la colisión de partículas cargadas y neutras. En general, la columna de arco no tiene carga. Es neutral, ya que en cada una de sus secciones hay simultáneamente cantidades iguales de partículas con carga opuesta. La temperatura de la columna de arco alcanza 6000 - 8000 °C y más.
Un tipo especial de arco de soldadura es un arco comprimido, cuya columna se comprime utilizando una boquilla de quemador estrecha o una corriente de gas que sopla (argón, nitrógeno, etc.) El plasma es un gas ionizado de la columna de arco, que consiste en partículas cargadas negativamente. El plasma se genera en el canal de la boquilla del quemador, comprimido y estabilizado por sus paredes enfriadas por agua y el flujo frío de gas formador de plasma. La compresión y el enfriamiento de la superficie exterior de la columna de arco provoca su concentración, lo que conduce a un fuerte aumento en el número de colisiones entre las partículas de plasma, un aumento en el grado de ionización y un fuerte aumento en la temperatura de la columna de arco ( 10.000 –30.000 K ) y la energía cinética del chorro de plasma. Como resultado, el plasma es una fuente de calor con una alta concentración de energía. Esto permite que se utilice con éxito para soldadura, proyección y corte térmico de una amplia variedad de materiales.
La fuente de calor es un arco eléctrico que se produce entre el extremo del electrodo y la pieza a soldar cuando fluye la corriente de soldadura como consecuencia del cierre del circuito externo de la soldadora eléctrica . La resistencia del arco eléctrico es mayor que la resistencia del electrodo y los cables de soldadura, por lo que la mayor parte de la energía térmica de la corriente eléctrica se libera precisamente en el plasma del arco eléctrico. Este flujo constante de energía térmica evita que el plasma (arco eléctrico) se deteriore.
El calor liberado (incluso debido a la radiación térmica del plasma) calienta el extremo del electrodo y derrite las superficies a soldar, lo que conduce a la formación de un baño de soldadura: el volumen de metal líquido. En el proceso de enfriamiento y cristalización del baño de soldadura, se forma una junta soldada. Los principales tipos de soldadura por arco eléctrico son:
La soldadura por arco manual con un electrodo revestido consumible se realiza usando una fuente de poder de soldadura y electrodos de soldadura . El electrodo se introduce en la zona de soldadura y el propio soldador lo mueve a lo largo de la unión . Se pueden utilizar fuentes de alimentación de CA (transformador) y CC (rectificador). El electrodo de soldadura es una varilla de metal con un revestimiento aplicado.
Durante la soldadura, se quema un arco eléctrico entre la pieza de trabajo y el electrodo, derritiéndolos. El metal fundido del electrodo y el producto forman un baño de soldadura que, durante la cristalización posterior, forma una costura de soldadura .
Las sustancias que componen el recubrimiento se queman, formando un escudo de gas de la zona de soldadura del aire circundante, o se derriten y entran en el baño de soldadura. Algunas sustancias de revestimiento fundidas interactúan con el metal del baño de soldadura desoxidándolo y/o aleándolo , otras forman escoria que protege el baño de soldadura del aire, ayuda a eliminar inclusiones no metálicas del metal de soldadura, formación de soldadura, etc.
La soldadura por arco manual se designa con el código 111 de acuerdo con el estándar GOST R ISO 4063-2010, en la literatura en ruso se usa la designación RD , en inglés - SMAW (del inglés shielded metal arc weld ) o MMA (del inglés manual metal arc soldadura ) [~ 2] .
Soldadura TIGLa soldadura TIG se conoce en la literatura inglesa como soldadura por arco de tungsteno con gas ( soldadura GTA, TGAW ) o soldadura con gas inerte de tungsteno ( soldadura TIG, TIGW ), en la literatura alemana como wolfram-inertgasschweißen ( WIG ).
El electrodo utilizado es una varilla fabricada en grafito o tungsteno , cuyo punto de fusión es superior a la temperatura a la que se calientan durante la soldadura. La soldadura se lleva a cabo con mayor frecuencia en un entorno de gas de protección ( argón , helio , nitrógeno y mezclas de los mismos) para proteger la costura y el electrodo de la influencia de la atmósfera, así como para una combustión estable del arco. La soldadura se puede realizar tanto sin como con material de aporte. Se utilizan varillas, alambres y tiras de metal como material de relleno [9] .
Soldadura en gases de protecciónLa soldadura por arco con protección de gas es una soldadura que usa un arco eléctrico para fundir metal y proteger el metal fundido y el electrodo con gases especiales [~ 3] .
Aplicación de soldadura en gases de protección.Ampliamente utilizado para la fabricación de productos de acero, metales no ferrosos y sus aleaciones [~ 3] .
Ventajas de la soldadura con protección de gas en comparación con otros tipos de soldadura [~ 3]Se usa un alambre de metal de cierta marca como electrodo, al cual se le suministra corriente a través de una boquilla conductora de corriente. El arco eléctrico funde el alambre y el alambre es alimentado automáticamente por el alimentador de alambre para asegurar una longitud de arco constante.
Para proteger contra la atmósfera, se utilizan gases especiales que se suministran desde el soplete de soldadura junto con el alambre del electrodo. Los gases especiales se dividen en inertes ( argón , helio ) y activos ( dióxido de carbono , nitrógeno , hidrógeno ). El uso de una mezcla de gases en algunos casos aumenta la productividad y la calidad de la soldadura [~ 3] . Si no es posible realizar una soldadura semiautomática en un entorno de gas de protección, también se utiliza alambre autoprotegido (con núcleo). Cabe señalar que el dióxido de carbono es un gas activo: a altas temperaturas se disocia con la liberación de oxígeno. El oxígeno liberado oxida el metal. En este sentido, es necesario introducir desoxidantes (como manganeso y silicio ) en el alambre de soldadura. Otra consecuencia de la influencia del oxígeno, también asociada con la oxidación, es una fuerte disminución de la tensión superficial, lo que provoca, entre otras cosas, salpicaduras de metal más intensas que cuando se suelda en argón o helio.
Designación internacional.En la literatura extranjera en idioma inglés, se lo conoce como soldadura por arco metálico con gas ( soldadura GMA, GMAW ), en la literatura en idioma alemán - metallschutzgasschweißen ( MSG ). Soldadura separada en atmósfera de gas inerte ( metal inert gas, MIG ) y en atmósfera de gas activo ( metal active gas, MAG ) [~ 2] .
Soldadura por arco sumergidoEn la literatura extranjera en inglés, se le conoce como SAW. En este tipo de soldadura, el extremo del electrodo (en forma de alambre o varilla de metal) se introduce debajo de la capa de fundente . El arco arde en una burbuja de gas ubicada entre el metal y la capa fundente, lo que mejora la protección del metal contra los efectos nocivos de la atmósfera y aumenta la profundidad de penetración del metal.
Soldadura por electroescoriaLa fuente de calor es el fundente , situado entre los productos a soldar, calentado por la corriente eléctrica que lo atraviesa. En este caso, el calor liberado por el fundente funde los bordes de las piezas a soldar y el hilo de aportación. El método encuentra su aplicación en la soldadura de costuras verticales de productos de paredes gruesas.
Soldadura hiperbáricaLa soldadura hiperbárica es un proceso de soldadura a presiones elevadas , generalmente realizado bajo el agua. La soldadura hiperbárica puede realizarse en agua o en seco , es decir, dentro de una cámara especialmente construida en un ambiente seco. La aplicación de la soldadura hiperbárica es diversa: se utiliza para la reparación de barcos , plataformas petrolíferas en alta mar y oleoductos . El acero es el material más común para la soldadura hiperbárica.
La soldadura orbital es un tipo de soldadura por fricción o soldadura por arco automática (dependiendo de si la tubería gira o no). El nombre proviene de la aplicación de soldadura orbital: para soldar juntas de tuberías, bridas, etc. Se utiliza para soldar tuberías de acero hechas de aceros de alta aleación o aleaciones de aluminio de gran diámetro con una pared gruesa.
Con la rotación coaxial de los tubos soldados, se produce fricción en las uniones cuando los ejes de rotación se desplazan paralelos entre sí. En este tipo de soldadura se utiliza la fricción para calentar la junta. La acción combinada de presión de forja y calentamiento conduce a la soldadura de las uniones.
Si las tuberías no giran, la soldadura orbital utiliza cabezales de soldadura que se mueven a lo largo de la junta y realizan la soldadura por arco con o sin alambre de relleno.
La fuente de calor es una llama de gas formada durante la combustión de una mezcla de oxígeno y gas combustible. Acetileno , MAF , propano , butano , gas azul , hidrógeno , queroseno , gasolina , benceno y mezclas de los mismos pueden usarse como gas combustible . El calor liberado durante la combustión de una mezcla de oxígeno y gas combustible funde las superficies a soldar y el material de aporte para formar un baño de soldadura. La llama puede ser oxidante , "neutra" o reductora (carburizante), esto es controlado por la relación de oxígeno a gas combustible.
En la mayoría de los casos, la soldadura por termita pertenece a la clase térmica. Sin embargo, existen procesos tecnológicos que pertenecen a la clase termomecánica, por ejemplo, la soldadura por termoprensado. La soldadura por termita es la soldadura de piezas con metal fundido formado durante una reacción química acompañada de alta temperatura (gran cantidad de calor). El componente principal de este tipo de soldadura es la mezcla de termitas .
La fuente de calor es un chorro de plasma , es decir, un arco comprimido obtenido mediante un soplete de plasma . La antorcha de plasma puede ser de acción directa (el arco arde entre el electrodo y el metal base) y de acción indirecta (el arco arde entre el electrodo y la boquilla de la antorcha de plasma). El chorro de plasma se comprime y acelera bajo la influencia de fuerzas electromagnéticas, ejerciendo efectos tanto térmicos como gasodinámicos en la pieza a soldar. Además de la soldadura en sí, este método se utiliza a menudo para operaciones tecnológicas de soldadura , pulverización y corte .
El proceso de corte por plasma se basa en la utilización de un arco aire-plasma de corriente continua de polaridad directa (electrodo - cátodo, metal cortado - ánodo). La esencia del proceso radica en la fusión local y el soplado del metal fundido con la formación de una cavidad de corte cuando el cortador se mueve en relación con el metal que se corta.
La fuente de calor es un haz de electrones , obtenido debido a la emisión termoiónica del cátodo del cañón de electrones . La soldadura se realiza en alto vacío (10 −3 - 10 −4 Pa) en cámaras de vacío. También se conoce la tecnología de soldadura con haz de electrones en una atmósfera de presión normal, cuando el haz de electrones abandona la región de vacío inmediatamente delante de las piezas a soldar.
La soldadura por haz de electrones tiene importantes ventajas:
Desventajas de la soldadura por haz de electrones:
La fuente de calor es un rayo láser . Se utilizan todo tipo de sistemas láser . La alta concentración de energía, la alta velocidad de la soldadura láser en comparación con la soldadura por arco y el efecto térmico insignificante en la zona afectada por el calor debido a las altas tasas de calentamiento y enfriamiento del metal aumentan significativamente la resistencia de la mayoría de los materiales estructurales a la formación. de grietas calientes y frías. Esto asegura una alta calidad de las uniones soldadas de materiales que están mal soldados por otros métodos de soldadura.
La soldadura láser se realiza en aire o en gases protectores: argón, CO 2 . No se necesita vacío, como en la soldadura por haz de electrones, por lo que se pueden soldar estructuras grandes con un haz láser. El rayo láser se controla y ajusta fácilmente, con la ayuda de sistemas ópticos de espejo se transporta fácilmente y se dirige a lugares que son difíciles de alcanzar por otros medios. A diferencia de un haz de electrones y un arco eléctrico, no se ve afectado por campos magnéticos, lo que garantiza una formación de costura estable. Debido a la alta concentración de energía (en un punto con un diámetro de 0,1 mm o menos) durante la soldadura por láser, el volumen del baño de soldadura es pequeño, el ancho de la zona afectada por el calor es pequeño y las velocidades de calentamiento y enfriamiento son altos. Esto proporciona una alta resistencia tecnológica de las uniones soldadas, pequeñas deformaciones de las estructuras soldadas [10] .
La fuente de calor es un elemento calefactor plano revestido con PTFE . La soldadura se divide en 5 etapas: calentamiento a presión, calentamiento de la masa, extracción del elemento calefactor, soldadura, solidificación.
Se aplica para la soldadura de los tubos de polietileno. La fuente de calor son los elementos de resistencia soldados en el casquillo soldado. Cuando se suelda con calentadores eléctricos incorporados, las tuberías de polietileno se interconectan con la ayuda de accesorios de plástico especiales, que tienen una espiral eléctrica incorporada hecha de alambre de metal en la superficie interna. La producción de una junta soldada se produce como resultado de la fusión del polietileno en las superficies de las tuberías y piezas (acoplamientos, codos, tes de asiento) debido al calor generado por el flujo de corriente eléctrica a través del alambre en espiral y el enfriamiento natural posterior. de la articulación
El primer tipo de soldadura de la historia. La conexión de materiales se lleva a cabo debido a la aparición de enlaces interatómicos durante la deformación plástica con una herramienta ( martillo ). Actualmente, prácticamente no se utiliza en la industria.
Al soldar, ocurren dos procesos sucesivos: calentamiento de los productos soldados a un estado plástico y su deformación plástica conjunta. Las principales variedades de soldadura por contacto son: soldadura por puntos de contacto, soldadura a tope, soldadura en relieve, soldadura por costura.
Soldadura por puntosEn la soldadura por puntos, las piezas se sujetan en los electrodos de la máquina de soldar o en pinzas de soldadura especiales. Después de eso, comienza a fluir una gran corriente entre los electrodos, que calienta el metal de las piezas en el punto de contacto a temperaturas de fusión. Luego se apaga la corriente y se lleva a cabo la "forja" aumentando la fuerza de compresión de los electrodos. El metal cristaliza cuando los electrodos se comprimen y se forma una unión soldada.
Soldadura a topeLos espacios en blanco están soldados a lo largo de todo el plano de su contacto. Dependiendo del grado de metal, el área de la sección transversal de las piezas de trabajo y los requisitos para la calidad de la unión, la soldadura a tope se puede realizar de una de las maneras.
Soldadura a tope por resistenciaLos espacios en blanco instalados y fijados en la máquina a tope se presionan entre sí con una fuerza de cierta magnitud, después de lo cual pasa una corriente eléctrica a través de ellos. Cuando el metal en la zona de soldadura se calienta hasta un estado plástico, se produce la precipitación. La corriente se apaga hasta el final de la precipitación. Este método de soldadura requiere un mecanizado y una limpieza cuidadosa de las superficies de los extremos de las piezas de trabajo.
El calentamiento desigual y la oxidación del metal en los extremos de las piezas reducen la calidad de la soldadura por resistencia, lo que limita su alcance. Con un aumento en la sección transversal de las piezas de trabajo, la calidad de la soldadura disminuye notablemente, principalmente debido a la formación de óxidos en la unión.
Soldadura a tope por chispaConsta de dos etapas: fusión y precipitación. Las piezas de trabajo se colocan en las abrazaderas de la máquina, luego se enciende la corriente y se juntan lentamente. En este caso, los extremos de las piezas de trabajo se tocan en uno o más puntos. En los lugares de contacto, se forman puentes, que instantáneamente se evaporan y explotan. Las explosiones van acompañadas de una eyección característica de pequeñas gotas de metal fundido de la junta. Los vapores de metal resultantes juegan el papel de una atmósfera protectora y reducen la oxidación del metal fundido. Con una mayor convergencia de espacios en blanco, la formación y explosión de puentes ocurre en otras partes de los extremos. Como resultado, las piezas de trabajo se calientan en profundidad y aparece una fina capa de metal fundido en los extremos, lo que facilita la eliminación de óxidos de la junta. En el proceso de reflujo, las piezas de trabajo se acortan en un margen dado. El reflujo debe ser estable (flujo de corriente continuo en ausencia de un cortocircuito de las piezas de trabajo), especialmente antes del recalcado.
Durante el recalcado, la velocidad de convergencia de las piezas de trabajo aumenta considerablemente, mientras se lleva a cabo la deformación plástica para una tolerancia dada. La transición de derretir a trastornar debe ser instantánea, sin la más mínima interrupción. La precipitación comienza cuando la corriente está encendida y termina cuando la corriente está apagada.
La soldadura a tope por tapajuntas continuo proporciona un calentamiento uniforme de las piezas de trabajo en la sección transversal, los extremos de las piezas de trabajo no requieren una preparación cuidadosa antes de soldar, es posible soldar piezas de trabajo con una sección transversal de forma compleja y un área grande, así como metales disímiles, y permite obtener una calidad estable de juntas. Su ventaja significativa es también la capacidad de automatizar el proceso con relativa facilidad.
La soldadura a tope por chispa se utiliza para unir piezas de trabajo con una sección transversal de hasta 0,1 m 2 . Los productos típicos son elementos de estructuras tubulares, ruedas, rieles, armaduras de hormigón armado, láminas, tuberías.
Soldadura por proyecciónLos relieves se crean preliminarmente en las piezas para soldar: elevaciones locales en la superficie de varios milímetros de diámetro. Durante la soldadura, el contacto de las piezas se produce a lo largo de los relieves, que son fundidos por la corriente de soldadura que los atraviesa. En este caso, se produce una deformación plástica de los relieves, se exprimen los óxidos y las impurezas. Después de que la corriente de soldadura deja de fluir, el metal fundido cristaliza y se forma la junta. La ventaja de este tipo de soldadura es la posibilidad de obtener varias uniones soldadas de alta calidad en un solo ciclo.
La fuente de corriente para la soldadura por difusión puede ser la mayoría de las fuentes de energía utilizadas en la soldadura de metales [~ 4] . La soldadura se lleva a cabo debido a la difusión : penetración mutua de átomos de productos soldados a temperatura elevada. La soldadura se realiza en una unidad de vacío, calentando las juntas a 800 °C. En lugar de vacío , se puede utilizar un entorno de gas de protección . El método de soldadura difusa se puede utilizar para crear uniones a partir de metales disímiles que difieren en sus propiedades físicas y químicas, para fabricar productos a partir de materiales compuestos multicapa .
El método fue desarrollado en la década de 1950 por N. F. Kazakov.
La fuente de calor es una corriente de alta frecuencia que pasa entre los productos soldados. Con la deformación plástica y el enfriamiento posteriores, se forma una unión soldada [11] .
Hay varios esquemas de soldadura por fricción , el coaxial apareció primero. La esencia del proceso es la siguiente: en equipo especial (máquina de soldadura por fricción), una de las partes a soldar se instala en un mandril giratorio , la segunda se monta en un calibrador fijo , que tiene la capacidad de moverse a lo largo del eje. . La parte instalada en el mandril comienza a girar, y la parte instalada en la pinza se acerca a la primera y ejerce una presión suficientemente grande sobre ella. Como resultado de la fricción de un extremo contra el otro, las superficies se desgastan y las capas de metal de diferentes partes se acercan entre sí a distancias proporcionales al tamaño de los átomos. Los enlaces atómicos comienzan a actuar (se forman y destruyen nubes atómicas generales), como resultado, surge energía térmica, que calienta los extremos de los espacios en blanco en la zona local a la temperatura de forja. Al alcanzar los parámetros requeridos, el cartucho se detiene abruptamente y la pinza continúa presionando por un tiempo más, como resultado, se forma una conexión integral. La soldadura tiene lugar en fase sólida, similar a la forja.
El método es bastante económico. Las instalaciones de soldadura por fricción automatizadas consumen 9 veces menos electricidad que las instalaciones de soldadura por resistencia. Las piezas se conectan en segundos, prácticamente sin emisiones de gases. Con otras ventajas, se obtiene una alta calidad de soldadura, ya que no se producen porosidades, inclusiones y cascarones. Con la constancia de los modos proporcionados por la automatización del equipo, se garantiza la constancia de la calidad de la unión soldada, lo que, a su vez, permite excluir el costoso control al 100% al tiempo que se garantiza la calidad. Las desventajas incluyen:
El método permite soldar materiales disímiles: cobre y aluminio , cobre y acero , aluminio y acero , incluidos aquellos que no pueden soldarse por otros métodos.
La idea de soldar piezas por fricción fue expresada por el tornero - inventor A. I. Chudikov [12] . En la década de 1950, usando un torno simple , pudo conectar firmemente dos varillas de acero dulce.
Hasta la fecha, existen varios esquemas de soldadura por fricción: como axial, agitación (que permite soldar partes estacionarias), inercial, etc.
La soldadura se realiza acercando los átomos de los productos a soldar a la distancia de acción de las fuerzas interatómicas debidas a la energía liberada durante la explosión . Usando este método de soldadura, a menudo se obtienen bimetales .
La soldadura se realiza acercando los átomos de los productos metálicos a soldar a la distancia de acción de las fuerzas interatómicas debidas a la energía de las vibraciones ultrasónicas introducidas en los materiales. La soldadura ultrasónica se caracteriza por una serie de cualidades positivas que, a pesar del alto costo del equipo, determina su uso en la producción de microcircuitos (soldadura de conductores con almohadillas de contacto), productos de precisión, soldadura de varios tipos de metales y metales con no -rieles.
La soldadura en frío es una unión de metales homogéneos o no homogéneos a una temperatura inferior a la temperatura mínima de recristalización ; la soldadura se produce debido a la deformación plástica de los metales soldados en la zona de unión bajo la influencia de la fuerza mecánica. Para realizar la soldadura en frío, es necesario eliminar los óxidos y las impurezas de las superficies a soldar y acercar las superficies a unir a la distancia del parámetro de la red cristalina; en la práctica, crean importantes deformaciones plásticas. La soldadura en frío puede producir uniones a tope, traslapadas y en T. Antes de soldar, las superficies a soldar se limpian de contaminantes desengrasando, procesando con un cepillo de alambre giratorio y raspando. Cuando se suelda a tope, los cables solo se cortan en los extremos [13] [14] .
La resistencia de la unión depende significativamente de la fuerza de compresión y del grado de deformación de las piezas soldadas.
La soldadura en frío puede unir, por ejemplo, aluminio , cobre , plomo , zinc , níquel , plata , cadmio , hierro . La ventaja de la soldadura en frío sobre otros métodos de soldadura es especialmente grande cuando se unen metales diferentes que son sensibles al calor o forman compuestos intermetálicos cuando se calientan [15] .
La soldadura de vasos sanguíneos es la soldadura de vasos sanguíneos elevando la temperatura de los tejidos a 60-70 °C [16] .
El trabajo de soldadura eléctrica está permitido para personas que hayan cumplido los 18 años, que hayan recibido una formación especial, tengan un certificado para el derecho a soldar y un segundo grupo de calificación para seguridad eléctrica [17] .
En la práctica internacional, se adoptan designaciones abreviadas para métodos de soldadura, como se establece en la norma internacional ISO 4063:2009 o su contraparte rusa GOST R ISO 4063-2010 [~ 2] . Algunas de estas designaciones se dan a continuación:
Designación numérica | Nombre del método de soldadura | Abreviatura utilizada en EE. UU. |
---|---|---|
111 | Electrodo consumible de arco manual de soldadura (electrodo revestido consumible de soldadura por arco) | SMAW |
114 | Soldadura por arco autoprotegido con núcleo fundente | FCAW-S |
12 | Soldadura de arco sumergido | SIERRA |
135 | Soldadura de electrodos consumibles protegidos con gas | GMAW |
136 | Soldadura por arco con núcleo fundente en gas activo | FCAW-G |
141 | Soldadura por arco con electrodo de tungsteno no consumible en gas de protección | GTAW |
La soldadura se ve a menudo como un tema del realismo socialista .
Soldador eléctrico. Busto en el Museo de Arte Socialista de Sofía | Soldadura en el espacio en un sello postal. 2006 |
Los procesos de soldadura están estandarizados por la American Welding Society y la European Welding Federation .
Organizaciones educativas especializadas en soldadura: Welding Institute (Inglaterra), Edison Welding Institute (EE. UU.), Paton Electric Welding Institute (Ucrania), International Welding Institute (Francia).
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